CN105144343B - 极紫外线光刻掩模坯料制造系统及用于该制造系统的操作方法 - Google Patents

极紫外线光刻掩模坯料制造系统及用于该制造系统的操作方法 Download PDF

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Abstract

一种处理系统，该处理系统包括：真空腔室；多个处理系统，这些多个处理系统附接于真空腔室的周围；以及晶片传送系统，该晶片传送系统位于该真空腔室中，用于在多个处理系统之间移动晶片，而不从真空中离开。一种用于制造极紫外线坯料的物理气相沉积系统，该系统包含：靶材，该靶材包含钼、钼合金或上述两者的组合。

Description

极紫外线光刻掩模坯料制造系统及用于该制造系统的操作 方法
相关申请案的交叉引用
本申请要求享有申请于2013年3月12日的美国临时专利申请第61/778,402号的权益，且该美国临时专利申请的主题以引用的方式并入本文。
本申请含有与申请于2013年12月23日的同时申请的美国专利申请第14/139,307号有关的主题，且该美国专利申请的主题以引用的方式并入本文。
本申请含有与申请于2013年12月23日的同时申请的美国专利申请第14/139,371号有关的主题，且该美国专利申请的主题以引用的方式并入本文。
本申请含有与申请于2013年12月23日的同时申请的美国专利申请案第14/139,457号有关的主题，且该美国专利申请的主题以引用的方式并入本文。
本申请含有与申请于2013年12月23日的同时申请的美国专利申请第14/139,507号有关的主题，且该美国专利申请的主题以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明大体而言涉及极紫外线(extreme ultraviolet)光刻坯料(blank)，及用于这些极紫外线光刻坯料的制造及光刻系统。
背景技术
极紫外线光刻(EUV，亦称为软X射线投影光刻(soft x-ray projectionlithography))是用以替代深紫外线(deep ultraviolet)光刻的竞争者，深紫外线(deepultraviolet)光刻用于制造0.13微米及更小的最小特征尺寸的半导体器件。
然而，通常在5纳米至40纳米波长范围内的极紫外线光在实质上所有材料中被强烈吸收。因此，极紫外线系统通过反射而非光的透射来工作。通过使用涂覆有非反射吸收剂掩模图案的掩模坯料或反射元件、及一系列镜或透镜元件，图案化的光化(actinic)光被反射在涂覆抗蚀剂(resist-coated)的半导体晶片上。
极紫外线光刻系统的透镜元件及掩模坯料涂覆有诸如钼及硅之类的材料的反射性多层涂层。已通过使用涂覆有多层涂层的基板获取每一透镜元件或掩模坯料约65％的反射值，这些多层涂层强烈地反射实质上在极窄的紫外线带通(bandpass)内的单一波长的光；该极窄的紫外线带通例如是对于13纳米紫外线光的12纳米至14纳米的带通。
在半导体处理技术中有引起问题的多种类别的缺陷。不透明缺陷通常由多层涂层的顶部上的或掩模图案上的颗粒引起，在光应被反射时这些颗粒吸收了光。透明缺陷(clear defect)通常由多层涂层的顶部上的掩模图案中的小孔引起，在光应被吸收之时，光被反射穿过这些小孔。而相位缺陷(phase defect)通常由多层涂层下方的刮痕及表面变化引起，这些刮痕及表面变化引起所反射的光的相变(transition in the phase)。这些相变导致光波干涉效应，这些光波干涉效应扭曲或改变半导体晶片的表面上的抗蚀剂中将被曝光的图案。因为必须用于小于0.13(sub-0.13)微米最小特征尺寸的辐射的较短波长，因此此前不显著的刮痕及表面变化现在变得无法忍受。
尽管已在减少或除去颗粒缺陷方面取得进展，且已对修复掩模中的不透明及透明缺陷做了工作，但至今还未对解决相位缺陷的问题做任何工作。对于深紫外线光刻，表面被处理成维持低于60度的相变。仍有待开发用于极紫外线光刻的类似处理。
对于13纳米的光化波长，对于位于下面的表面中深度如3纳米这么小的刮痕而言，可发生从该多层涂层反射的光中的180度相变。波长越短，此深度越浅。类似地，在相同波长下，比一百(100)纳米的距离高出一(1)纳米更急剧的表面变化可引起类似的相变。这些相变可导致半导体晶片的表面处的相位缺陷，且这些相变不可修复地损坏半导体器件。
以往，用于深紫外线光刻的掩模坯料通常由玻璃制成，但是已提议将硅或超低热膨胀材料作为用于极紫外线光刻的替代物。不论该坯料是否是玻璃制成的、硅制成的或超低热膨胀材料制成的，都通过化学机械研磨、磁流变(magneto-rheological)抛光或离子束研磨这样的工艺来使得该掩模坯料的表面尽可能平滑。有时将在该工艺中留下的刮痕称为“刮痕-擦伤(scratch-dig)”痕迹，且那些刮痕的深度及宽度取决于用来研磨该掩模坯料的研磨剂中的颗粒的大小。对于可见的及深紫外线光刻，这些刮痕过小而无法引起半导体晶片上的图案中的相位缺陷。然而，对于极紫外线光刻，由于刮痕-擦伤痕迹将表现为相位缺陷，因此刮痕-擦伤痕迹是严重的问题。
由于EUV光刻需要的短照射波长的缘故，因此使用的图案掩模必须是反射掩模，而不是当前光刻中使用的透射掩模。反射掩模由钼及硅的交替薄层的精确堆叠物组成，该堆叠物形成布拉格(Bragg)折射镜或镜。因为小特征尺寸及多层堆叠物的性质，上面沉积有多层堆叠物的基板表面中的任何瑕疵将被放大且影响最终产品。几纳米级的瑕疵可作为印得出的缺陷显示在成品掩模上，且在沉积该多层堆叠物之前需要将这些瑕疵从掩模坯料的表面除去。
用于光学光刻中的典型掩模由玻璃坯料及阻断光透射的图案化铬层组成。相反，在EUV光刻中，掩模由反射层及图案化吸收剂层组成。由于大多数材料对EUV光具有较高的吸光度的缘故，此架构变化为必须的。
反射层为钼及硅的80层或更多层的交替层的堆叠物。此堆叠物的层厚度及平滑度的精确度对于分别实现该掩模的高反射率以及线边缘粗糙度是很关键的。
当前技术采用玻璃研磨及清洁工艺，以为反射层获取平滑的基板表面及离子束沉积。
此工艺流程并不满足严格的缺陷规范。缺陷的主要原因是由研磨工艺以及随后的清洁工艺于玻璃基板中留下的凹坑(pit)及凸块。离子束沉积工艺进一步使得颗粒嵌入于多层堆叠物的顶部上和之中。
因此，找到这些问题的答案及开发解决这些问题的系统越来越重要。鉴于不断增加的商业竞争压力，以及增加的消费者期望，为这些问题找到答案是关键的。另外，对降低成本、提高效率及性能、及满足竞争压力的需要为找到解决这些问题的答案的关键必要性更加增添紧迫性。
尽管已长期搜寻这些问题的解决方案，但是先前的发展尚未教导或建议任何解决方案，因此，这些问题的解决方案已长久地使本领域的技术人员困惑。
发明内容
本发明的实施方式提供处理系统，该处理系统包括：真空腔室；多个处理系统，所述多个处理系统附接于真空腔室的周围；以及晶片传送系统，该晶片传送系统位于该真空腔室中，用于在所述多个处理系统之间移动晶片，而不从真空中离开。
本发明的实施方式提供用于制造极紫外线坯料的物理气相沉积系统，该系统包括：靶材，该靶材包含钼、钼合金或上述两者的组合。
除上述那些步骤或元件之外或代替上述那些步骤或元件，本发明的某些实施方式还具有其他步骤或元件。当参看附图阅读以下详细描述时，这些步骤或元件对于本领域的技术人员而言将变得很明显。
附图说明
图1图示根据本发明的实施方式的集成极紫外线(EUV)掩模生产系统。
图2是根据本发明的实施方式的第一多阴极源。
图3是根据本发明的实施方式的第一多阴极源的横截面。
图4是根据本发明的实施方式的操作中的第一多阴极源的横截面。
图5是根据本发明的实施方式的掩模坯料，该掩模坯料为方形且具有多层堆叠物。
图6是根据本发明的一实施方式的位于载具上的处于被支撑位置的掩模坯料。
图7是根据本发明的实施方式的位于载具上的处于被支撑位置的掩模坯料。
图8是根据本发明的实施方式的位于载具上的处于被支撑位置的掩模坯料。
图9是根据本发明的实施方式的位于载具上的处于被支撑位置的掩模坯料。
图10是根据本发明的实施方式的位于载具上的处于被支撑位置的掩模坯料。
图11是根据本发明的实施方式的位于载具上的处于被支撑位置中的掩模坯料。
图12是一种用于制造具有超低缺陷的掩模坯料的方法。
具体实施方式
以下实施方式经足够详细地描述，使得本领域的技术人员能够实施且使用本发明。应了解，基于本公开内容，其他实施方式将是明显的，且应了解，在不脱离本发明的范围的情况下可作出系统、工艺或机械改变。
在以下描述中，给出许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，明显的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明。为了避免使本发明难以理解，未详细公开一些熟知的电路、系统配置及工艺步骤。
示出系统的实施方式的图式是半图解的，且未按比例绘制，尤其是，尺寸中的一些尺寸用于呈现的清晰性而在图示的附图中示出为夸大的。类似地，尽管用于便于描述的视图通常显示类似方向，但是这些图中的这种此描绘对于大部分而言是任意的。通常，可以以任何方向操作本发明。
在多个实施方式被公开和描述成具有一些共同特征的情况下，出于清楚性及便于这些实施方式的图解、描述以及理解，使用类似元件符号描述类似及同样的特征。
出于解释的目的，如本文所使用的术语“水平的”定义为与掩模坯料的平面或表面平行的平面，而不考虑该掩模坯料的方向。术语“垂直的”代表垂直于如刚刚定义的水平的方向。如这些图中所图示，诸如“上方”、“下方”、“底部”、“顶部”、“侧面”(如在“侧壁”中)、“较高”、“较低”、“上部”、“在……之上”及“在……之下”的术语是相对于该水平平面而定义的。术语“在……上”指示元件之间有直接接触。
如本文中所使用的术语“处理”包括如在形成所述的结构中所需的材料或光刻胶的沉积、材料或光刻胶的图案化、曝光、显影、蚀刻、清洁和/或移除。
本发明的实施方式使用用于通过CVD、PVD、ALD及可流动的CVD来沉积硅、氧化硅及具有相容热膨胀系数(compatible thermal expansion coefficient)的相关膜的各种成熟技术，以填充凹坑且填埋缺陷。一经沉积，膜表面可能平滑和平坦得足以用于进一步的多层堆叠物沉积，或可以随后使用各种成熟的平滑或研磨技术来使该膜表面进一步平滑，这些平滑或研磨技术包括CMP、退火或离子束研磨。
现参看图1，该图中图示根据本发明的实施方式的集成极紫外线(EUV)掩模生产系统100。集成EUV掩模生产系统100是一种处理系统，该处理系统处理载具上的晶片或坯料，且该处理系统包括掩模坯料装载及载具传送系统102，掩模坯料104被装载到该掩模坯料装载及载具传送系统102中。
气闸(airlock)106提供至晶片传送(wafer handling)真空腔室108的进出。在图示的实施方式中，晶片传送真空腔室108含有两个真空腔室：第一真空腔室110及第二真空腔室112。在第一真空腔室110内的是第一晶片传送系统114，而在第二真空腔室112中的是第二晶片传送系统116。
晶片传送真空腔室108具有围绕腔室108周边的多个端口，这些多个端口用于各种其他系统的附接。第一真空腔室110具有除气系统118、第一物理气相沉积系统120、第二物理气相沉积系统122及预清洁系统124。
第二真空腔室112具有连接至腔室112的第一多阴极源126、可流动化学汽相沉积(flowable chemical vapor deposition；FCVD)系统128、固化腔室130及第二多阴极源132。FCVD系统128可在基板、坯料或晶片136上沉积平坦化层，且固化腔室可固化该平坦化层。第二多阴极源132可沉积反射材料的多层堆叠物，且其他系统可沉积覆盖层。该平坦化层、该多层堆叠物及该覆盖层全部成为晶片136的部分。
第一晶片传送系统114能够在连续真空下使晶片(诸如晶片134)在气闸106之间移动，且使该晶片移动至围绕第一真空腔室110的周边的各种系统之一或更多，且使这些晶片移动穿过狭缝阀。第二晶片传送系统116能够围绕第二真空腔室112移动诸如晶片136之类的晶片，同时将晶片维持在连续真空下。第一晶片传送系统114及第二晶片传送系统116能够使晶片136有选择地移动经过围绕第一真空腔室110及第二真空腔室112的外围的一个或所有系统，以允许在不将晶片136从真空中移出的情况下执行各种工艺直至经由气闸106移除晶片136。
现参看图2，该图中图示根据本发明的实施方式的第一多阴极源126。第一多阴极源126包括带有圆柱体部分202的基座结构200，圆柱体部分202由顶部适配器204覆盖。
顶部适配器204预留有定位于顶部适配器204周围的若干阴极源，这些阴极源诸如是阴极源206、208、210、212及214。
现参看图3，该图中图示根据本发明的实施方式的第一多阴极源126的横截面。第一多阴极源126具有基座结构200、圆柱体部分202及顶部适配器204。
在基座结构200内的是旋转底座300，在旋转底座300上可固定晶片，诸如晶片136。在旋转底座300上方的是盖环302，盖环302上方有中间环304。锥形屏蔽件306位于中间环304上方，且锥形屏蔽件306被锥形适配器308环绕。
用于通过物理气相沉积(PVD)在晶片136上沉积材料的沉积区310由旋转屏蔽件312环绕，护罩(shroud)314附加于该旋转屏蔽件312。护罩314上方的是阴极318、沉积材料源及许多靶材(诸如靶材316)之一。
在替代实施方式中，许多单独的护罩314各自附接于单独的源，且在旋转屏蔽件312旋转时护罩314保持静止。
现参看图4，该图中图示根据本发明的实施方式的操作中的第一多阴极源126的横截面。第一多阴极源126的横截面图示斜锥形(off-angled conical)沉积图案400，图示旋转底座300移动至用于从靶材316沉积材料在晶片402上的位置处。
在操作中，带有晶片136的旋转底座300向上移动至一位置，在该位置处，图3的护罩314中开口可见带有晶片136的旋转底座300。根据第一多阴极源126的设计，可存在附接于顶部适配器204的多个护罩314，因此每个源具有每个源自己的护罩，或具有与旋转屏蔽件312一起旋转的一个护罩，或具有无护罩的单一大旋转屏蔽件。
旋转屏蔽件312随后在多个阴极中旋转，直至适当的阴极318及靶材316被定位成将材料倾斜地沉积在旋转底座300上的晶片136上。
通过旋转该底座300，晶片136将在晶片136的表面上接受靶材的均匀沉积。
现参看图5，该图中图示根据本发明的实施方式的掩模坯料500，该掩模坯料500为方形且具有多层堆叠物502。
现参看图6，该图中图示根据本发明的实施方式的位于载具600上的处于被支撑位置的掩模坯料500。掩模坯料500具有面朝上的多层堆叠物502，且掩模坯料500被支撑于载具600上且在支撑销602上，且掩模坯料500被保持销604横向地保持就位。楔形支撑件606亦可用于掩模坯料500的底部边缘处。
现参看图7，该图中图示根据本发明的实施方式的位于载具700上的处于被支撑位置的掩模坯料500。掩模坯料500具有面朝上的多层堆叠物502，且掩模坯料500被支撑于载具700上且在支撑销702上，且掩模坯料500被保持销704横向地保持就位。楔形支撑件706亦可用于掩模坯料500的底部边缘处。
现参看图8，该图中图示根据本发明的实施方式的位于载具800上的处于被支撑位置的掩模坯料500。掩模坯料500具有面朝上的多层堆叠物502，且掩模坯料500被支撑于载具800上且在支撑销802上，且掩模坯料500被保持销804横向地保持就位。载具800比支撑销802的厚度及掩模坯料500的厚度稍厚。边缘排阻(edge exclusion)覆盖掩模806覆盖掩模坯料500的边缘，以防止材料在多层堆叠物502的边缘区域沉积。楔形支撑件808亦可用于掩模坯料500的底部边缘处。
现参看图9，该图中图示根据本发明的实施方式的位于载具900上的处于被支撑位置的掩模坯料500。掩模坯料500具有面朝下的多层堆叠物502，且掩模坯料500被支撑于载具900上且在支撑销902上，且掩模坯料500被保持销904横向地保持就位。载具900的底面具有开口906，以允许从下方进行沉积。
现参看图10，该图中图示根据本发明的实施方式的位于载具1000上的处于被支撑位置的掩模坯料500。掩模坯料500具有面朝下的多层堆叠物502，且掩模坯料500被支撑于载具1000上且在支撑销1002上，且掩模坯料500被保持销1004横向地保持就位。载具1000的底面具有开口1006，以允许从下方进行沉积。
现参看图11，该图中图示根据本发明的实施方式的位于载具1100上的处于被支撑位置的掩模坯料500。掩模坯料500具有面朝下的多层堆叠物502，且掩模坯料500被支撑于载具1100上且在支撑销1102上，且掩模坯料500被保持销1104横向地保持就位。载具的底面具有开口1106，以允许从下方进行沉积。
现参看图12，该图中图示一种用于制造图5的具有超低缺陷的EUV掩模坯料500的方法1200。方法1200以将掩模坯料供给至图1的EUV掩模生产系统100中的真空开始。
在步骤1202中，掩模坯料被除气及预清洁。平坦化发生在步骤1204中。通过CVD来沉积平坦化层，且平坦化层在步骤1206中被固化。通过PVD在步骤1208中进行多层沉积，且在步骤1210中施加覆盖层。除气、预清洁、平坦化、多层沉积及覆盖层施加都在EUV掩模生产系统100中执行，而无需将掩模坯料从真空中移除。
图1的集成EUV掩模生产系统100可用于制造任何类型的光刻坯料，诸如掩模坯料及镜坯料，以及用于光刻半导体制造工艺的掩模。
本发明的实施方式提供用于在EUV掩模坯料上沉积需要的层结构的集成工具构思。这些工具包括用以使玻璃坯料上的缺陷(几纳米至几十纳米尺寸范围内的凹坑、刮痕及颗粒)平坦化的平滑层、用于布拉格反射器的钼及硅多层堆叠物沉积以及钌覆盖层(用于防止钼/硅堆叠物氧化)。
通过将这些步骤集成至一个工艺工具中，已发现，通过限制处理步骤的数目，可能实现更好的界面控制以及更好的缺陷性能控制。
基板被置于载具上，以便经由多个工艺步骤使掩模坯料的处理最小化。这将减少基板上与处理有关的颗粒的机会。
使用群集工具亦允许干燥清洁工艺的集成，以改良基板清洁度，从而在不破坏真空的情况下改良层堆叠物的附着力。
将基板装载到集成极紫外线(EUV)掩模生产系统中之后，首先在可流动的CVD工艺中(诸如在AMAT Eterna膜中)使用平坦化层涂覆该掩模坯料，以填充基板表面上的凹坑及刮痕，以及使任何剩余的小颗粒平坦化。
接下来，基板被移动至用于多层沉积的沉积腔室。该腔室整合多个靶材，以便可在一个腔室中沉积整个堆叠物，而无需移送该基板。
所得的系统为直接易做的、成本有效的、不复杂且高度通用的，且可通过将已知技术调适来可惊人地且不明显地实施该系统，因此该系统易于适用于高效且经济地制造EUV掩模坯料。本发明的实施方式为EUV掩模坯料提供原子级地平坦的、低缺陷且平滑的表面。然而，本发明的实施方式亦可用于例如为镜制造其他类型的坯料。在玻璃基板之上，本发明的实施方式可用于形成EUV镜。另外，本发明的实施方式可应用于其他原子级地平坦的、低缺陷且平滑的表面结构，这些表面结构用于UV、DUV、电子束、可见光、红外线、离子束、X射线及其他类型的半导体光刻中。本发明的实施方式亦可用于形成可在从晶片级至器件级且甚至至更大面积显示器及太阳能应用的范围内的各种尺寸结构。
本发明的另一重要方面是，本发明有价值地支持和服务于降低成本、简化系统及提高性能的历史趋势。
因此，本发明的这些及其他有价值的方面将此技术状态进化至至少下一水平。
尽管已结合具体的最佳模式描述本发明，但应了解，根据上述描述，许多替代、修改及变化对于本领域的技术人员将很明显。因此，本文意欲包含落入所包括的权利要求的范围内的所有这样的替代、修改及变化。以上本文中阐述或附图中所示的全部事项将以说明性阐明且为非限制意义来解释。

Claims (20)

1.一种处理系统，所述处理系统包含：
真空腔室；
多个处理系统，所述多个处理系统附接在所述真空腔室的周围，所述多个处理系统用于通过可流动的化学气相沉积在晶片上沉积平坦化层，以及在所述平坦化层之上沉积覆盖层；以及
晶片传送系统，所述晶片传送系统位于所述真空腔室中，用于在所述多个处理系统之间移动所述晶片而不从真空中离开。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述多个处理系统包括除气系统。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述多个处理系统包括物理气相沉积系统。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述多个处理系统包括预清洁系统。
5.如权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含用于输出极紫外线掩模坯料的输出部。
6.如权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含用于输出极紫外线镜的输出部。
7.如权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含：
额外真空腔室，所述额外真空腔室连接至所述真空腔室；
额外多个处理系统，所述额外多个处理系统附接于所述额外真空腔室的周围；以及
额外晶片传送系统，所述额外晶片传送系统位于所述额外真空腔室中，用于在所述额外多个处理系统之间移动所述晶片而不从真空中离开。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述额外多个处理系统包括可流动的化学气相沉积系统。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述额外多个处理系统包括固化腔室。
10.如权利要求7所述的系统，其中所述额外多个处理系统包括多阴极源。
11.如权利要求10所述的系统，所述系统进一步包含顶部适配器，所述顶部适配器预留有围绕所述顶部适配器的若干阴极源。
12.如权利要求10所述的系统，所述系统进一步包含用于固定晶片的旋转底座。
13.如权利要求10所述的系统，其中所述多阴极源包含多个阴极，且进一步包含旋转底座，所述旋转底座用于将晶片置放在与所述多个阴极的每一个阴极成角度之处。
14.如权利要求10所述的系统，其中所述多阴极源包含多个阴极，且进一步包含护罩，所述护罩附接于所述多个阴极的每一个阴极。
15.如权利要求10所述的系统，其中所述多阴极源包含多个阴极，且进一步包含旋转屏蔽件，所述旋转屏蔽件用于在所述多个阴极的一个或更多个阴极之间旋转。
16.如权利要求10所述的系统，其中所述系统进一步包含边缘排阻覆盖掩模，所述边缘排阻覆盖掩模用于覆盖晶片的边缘，以防止在所述晶片的这些边缘区域沉积材料。
17.如权利要求10所述的系统，所述系统进一步包含载具，所述载具具有用于支撑晶片的支撑销及用于横向保持所述晶片的保持销。
18.如权利要求10所述的系统，所述系统进一步包含载具，所述载具具有用于支撑晶片的支撑销及用于横向保持所述晶片的保持销，所述载具具有开口以允许从下方进行沉积。
19.一种形成EUV掩模坯料的方法，所述方法包含以下步骤：
通过可流动的化学气相沉积在基板之上形成平坦化层；以及
通过物理气相沉积在所述平坦化层之上形成多层堆叠物，其中在不从真空移除所述基板的情况下，在生产系统中执行形成所述平坦化层及形成所述多层堆叠物的步骤。
20.如权利要求19所述的方法，所述方法进一步包含以下步骤：在不从所述真空移除所述基板的情况下，将覆盖层施加至所述多层堆叠物。
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